Čo je to jadrová reťazová reakcia?

Reakcia štiepenia jadra nastáva, keď sú atómy nestabilného prvku bombardované neutrónmi, čím sa jadro každého atómu rozdelí na menšie časti. Ak rozdelenie každého jadra uvoľní niekoľko vysokorýchlostných neutrónov, ktoré potom môžu rozdeliť viac jadier prvku, dôjde k reťazovej reakcii. Keď ďalšie neutróny rozdelia viac jadier, uvoľní sa viac energie a reťazová reakcia môže viesť k výbuchu, ako napríklad výbuch jadrovej bomby. Ak je reťazová reakcia riadená odstránením niektorých ďalších neutrónov, energia sa stále uvoľňuje vo forme tepla, je však možné zabrániť výbuchu. Jadrová reťazová reakcia je jedným z troch typov jadrových reakcií, ktoré majú rôzne vlastnosti a dajú sa použiť rôznymi spôsobmi.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Jadrová reťazová reakcia je štiepna reakcia, pri ktorej sa uvoľňujú ďalšie neutróny. Neutróny štiepia ďalšie atómy a uvoľňujú ešte viac neutrónov. Keď počet emitovaných neutrónov a počet rozdelených atómov stúpa exponenciálne, môže dôjsť k jadrovému výbuchu.

Jadro atómu ukladá veľa energie, ktorá môže slúžiť užitočným účelom. Tri typy jadrových reakcií, ktoré využívajú jadrovú energiu, sú žiarenie, štiepenie a fúzia. Lekárske a priemyselné röntgenové prístroje využívajú žiarenie z rádioaktívnych prvkov na vytváranie obrazov tela alebo na testovanie materiálov. Elektrárne a jadrové zbrane využívajú na výrobu energie jadrové štiepenie. Jadrová fúzia poháňa slnko, ale vedci nedokázali na Zemi vytvoriť dlhodobú reakciu na jadrovú fúziu, hoci úsilie pokračuje. Z týchto troch typov jadrových reakcií môže reťazovú reakciu vytvoriť iba štiepenie.

Kľúčom k jadrovej reťazovej reakcii je zabezpečiť, aby reakcia generovala ďalšie neutróny a aby neutróny štiepili viac atómov. Pretože prvok urán-235 produkuje niekoľko neutrónov pre každý rozdelený atóm, tento izotop uránu sa používa v jadrových reaktoroch a v jadrových zbraniach.

Tvar a hmotnosť uránu ovplyvňujú, či môže dôjsť k reťazovej reakcii. Ak je hmotnosť uránu príliš malá, príliš veľa neutrónov je emitovaných mimo uránu a sú stratené pri reakcii. Ak má urán nesprávny tvar, napríklad plochý plech, stratí sa tiež príliš veľa neutrónov. Ideálny tvar je tuhá hmota dostatočne veľká na spustenie reťazovej reakcie. V tomto prípade mimoriadne neutróny zasiahli ďalšie atómy a multiplikačný efekt vedie k reťazovej reakcii.

Jediným spôsobom, ako riadiť alebo zastaviť jadrovú reťazovú reakciu, je zastaviť štiepenie neutrónov viac atómov. Riadiace tyče vyrobené z prvku absorbujúceho neutróny, ako je napríklad bór, znižujú počet voľných neutrónov a vyraďujú ich z reakcie. Táto metóda sa používa na riadenie množstva energie produkovanej reaktorom a na zabezpečenie toho, aby jadrová reakcia zostala pod kontrolou.

V jadrovej elektrárni sa riadiace tyče zdvíhajú a spúšťajú do uránového paliva. Po úplnom spustení sú všetky tyče obklopené palivom a absorbujú väčšinu neutrónov. V takom prípade sa reťazová reakcia zastaví. Keď sú tyče zdvihnuté, menej z každej tyče absorbuje neutróny a reťazová reakcia sa zrýchľuje. Týmto spôsobom môžu prevádzkovatelia jadrovej elektrárne riadiť a zastaviť jadrovú reťazovú reakciu.

Aj keď jadrové reťazové reakcie v elektrárňach po celom svete dodávajú značné množstvo elektrickej energie, jadrové elektrárne majú dva hlavné problémy. Po prvé, vždy existuje riziko, že riadiaci systém založený na riadiacich tyčiach nebude funkčný z dôvodu technických porúch, ľudskej chyby alebo sabotáže. V takom prípade môže dôjsť k výbuchu alebo uvoľneniu žiarenia. Po druhé, použité palivo je vysoko rádioaktívne a musí sa bezpečne skladovať tisíce rokov. Tento problém stále nie je vyriešený a použité palivo vo väčšine prípadov zostáva v rôznych jadrových elektrárňach. Výsledkom bolo zníženie praktického využitia jadrových reťazových reakcií v mnohých krajinách vrátane USA.